Oct 23, 2023
Весь
Природа, том 615, стр.
Nature, том 615, страницы 925–933 (2023 г.) Процитировать эту статью
23 тыс. доступов
279 Альтметрика
Подробности о метриках
Полногеномное удвоение (WGD) является рецидивирующим явлением при раке человека и способствует хромосомной нестабильности и приобретению анеуплоидий1,2,3,4,5,6,7,8. Однако трехмерная организация хроматина в клетках WGD и ее вклад в онкогенные фенотипы в настоящее время неизвестны. Здесь мы показываем, что в клетках с дефицитом p53 WGD индуцирует потерю сегрегации хроматина (LCS). Это событие характеризуется снижением сегрегации между короткими и длинными хромосомами, субкомпартментами A и B и соседними доменами хроматина. LCS обусловлен подавлением CTCF и H3K9me3 в клетках, которые обходят активацию тетраплоидной контрольной точки. Продольный анализ показал, что LCS стимулирует геномные области для репозиционирования субкомпартментов в клетках WGD. Это приводит к хроматину и эпигенетическим изменениям, связанным с активацией онкогенов в опухолях, происходящих из клеток WGD. Примечательно, что события репозиционирования субкомпартментов в значительной степени не зависели от хромосомных изменений, что указывает на то, что это были дополнительные механизмы, способствующие развитию и прогрессированию опухоли. В целом, LCS инициирует изменения конформации хроматина, которые в конечном итоге приводят к онкогенным эпигенетическим и транскрипционным модификациям, что позволяет предположить, что эволюция хроматина является отличительной чертой рака, обусловленного WGD.
WGD определяется дупликацией всего набора хромосом внутри клетки. Это наблюдалось при ранних и предраковых поражениях различных тканей2,9,10 и, по оценкам, встречается примерно в 30% случаев рака у человека3. WGD благоприятствует приобретению хромосомных изменений5,6,7,8 в допустимых генетических фонах, например, в клетках с дефицитом p53 или Rb3,4, которые могут способствовать онкогенезу1,5. Однако тетраплоидизация одиночных ядер с равной вероятностью может вызвать изменения в трехмерной (3D) структуре и эпигенетических особенностях хроматина. Во время интерфазы хроматин организован в многослойную трехмерную архитектуру компартментов, хроматиновых доменов и петель11,12,13,14,15,16 и тесно связан с активностью хроматина и состояниями клеток17. Об изменениях структуры хроматина сообщалось во многих типах опухолей и они обусловлены изменением связывания CTCF или когезина18,19, структурными вариантами хромосом20,21,22 или аберрантными модификациями гистонов22,23,24,25. Здесь мы исследуем, как организован хроматин в клетках, подвергающихся WGD. Кроме того, мы изучаем, на какие особенности структуры хроматина влияет WGD и возникают ли изменения в организации хроматина и влияют ли они на фенотипы клеток после WGD. Наконец, мы исследуем, коррелируют ли эти изменения с генетическими и эпигенетическими изменениями в опухолях, вызванных WGD.
Чтобы понять влияние WGD на организацию хроматина и развитие опухоли, мы использовали три различные клеточные модели: (1) нетрансформированную диплоидную клеточную линию hTERT-RPE1 (далее называемую RPE); (2) клетки CP-A, полученные от пациента с пищеводом Барретта, предраковым состоянием, которое предрасполагает к развитию аденокарциномы пищевода через WGD9,26; и (3) лейкемическую почти триплоидную клеточную линию K562. Чтобы имитировать пермиссивный генетический фон, наблюдаемый в опухолях человека3,26, мы использовали CP-A с дефицитом p53 (расширенные данные, рис. 1a) и клетки RPE (ранее называемые клетками RPETP53-/-)27. Клетки K562 уже содержат мутацию потери функции в гене TP5328. Клетки WGD были получены посредством митотического проскальзывания в двух независимых клонах CP-A TP53-/- (клон 3 и клон 19) и клетках K562, а также в результате нарушения цитокинеза с использованием двух разных протоколов в клетках RPE TP53-/- (рис. 1a). Чтобы контролировать изменения конформации хроматина, связанные с хромосомной нестабильностью (CIN), но не WGD, мы индуцировали CIN в клетках RPE TP53-/- с помощью ингибитора MPS1 (рис. 1a). Анализ клеточного цикла и кариотипа подтвердил, что количество хромосом увеличилось вдвое после лечения в большинстве клеток (рис. 1b, c и расширенные данные, рис. 1b-g) и что размер ядра увеличился (расширенные данные, рис. 1h).